[发明专利]基于荧光寿命法的水体溶解氧浓度检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于荧光寿命法的水体溶解氧浓度检测系统，包括有光源、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器以及单片机，所述光源的前方光路上依次设有与水样接触的荧光物质、由透镜和窄带滤光片组成的光学系统以及光电探测器，其特征在于：所述的压控振荡器输出具有固有振荡频率的方波信号后分成两路，其中一路作为调制信号，驱动光源发出中心波长465nm的光，并照射在荧光物质上产生波长650nm的荧光，荧光依次通过透镜和窄带滤光片后由光电探测器接收，所述的光电探测器探测到荧光信号并进行放大、滤波和整形后送入所述的鉴相器；所述压控振荡器输出的另一路方波信号为参考信号，送入所述的鉴相器，所述的鉴相器输出参考信号与荧光信号的相位差脉冲，经环路滤波器后变为直流电压信号输出到所述的压控振荡器，作为压控振荡器的电压控制信号；所述的鉴相器、环路滤波器以及压控振荡器组成锁相环相敏检测电路，所述的单片机控制锁相环相敏检测电路。

2.一种基于荧光寿命法的水体溶解氧浓度检测方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：

压控振荡器输出具有固有振荡频率的方波信号后分成两路，其中一路作为调制信号，驱动光源发出中心波长465nm的光，并照射在荧光物质上产生波长650nm的荧光，荧光依次通过透镜和窄带滤光片后由光电探测器接收，光电探测器探测到滞后相位为arctan(2πfτ)的荧光信号并由后续电路进行放大、滤波和整形后送入鉴相器；压控振荡器输出的另一路方波信号为参考信号，送入鉴相器；

将荧光信号和参考信号通过数字鉴相器鉴相，鉴相器输出荧光信号和参考信号的相位差脉冲，脉宽为arctan(2πfτ)，

再经过环路滤波器得到直流电压信号：

将上述直流电压信号送入压控振荡器作为压控振荡器的电压控制信号，压控振荡器输出频率在Vx作用下产生频移：ω＝ω₀+kVx(k为常数)    (2)

由(1)、(2)两式可得荧光寿命值为：

由(3)式和I₀/I＝τ₀/τ＝1+K[O₂]，可计算得出溶解氧浓度为：

[O2]=ftan[4π2(f,-f0)/5k]Kf,tan[4π2(f-f0)/5k]-1K---(4)]]>

其中，f为溶解氧浓度为零时锁相环的锁定频率，f为某溶解氧浓度时锁相环的锁定频率，f₀为VCO固有振荡频率。通过标定确定系数K的值，即可由(4)式进行溶解氧浓度的计算。

3.根据权利要求1所述的基于荧光寿命法的水体溶解氧浓度检测系统，其特征在于：所述的光源采用LED光源，所述单片机的型号为ADuC841。